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博世公司汽车电子技术简介之六
作者: 周应军 来源: 汽车与配件杂志 日期: 2001年第12期

乘员安全系统(Occupant—Protection Systems)属于汽车的被动安全系统,主要由安全气囊(Airbag)和约束装置安全带(Seat-Belt)构成。近年来,随着电子技术的发展及其在汽车工程中的大量应用,乘员安全系统的智能化程度不断提高,安全性能不断增强。

博世公司在乘员安全系统领域具有丰富的经验,对正面、侧向和后背碰撞及车辆翻滚事故中的乘员保护有其独到的解决方法:其开发制造的传感器及触发器(作为乘员安全系统的核心部件)处于世界领先地位。

一、采用中央传感技术的触发器

博世公司是安全气囊及安全带卷缩器中央传感技术(Central Sensing)的始创者。自1981年以来,博世公司已经生产了采用该技术的触发器2,500万只以上。

博世中央传感触发器(Trigger Devices)(如图1)采用了模块化的设计理念,并且其与外围设备的接口PIC(Peripheral Interfaces)可以满足适配特殊用户的功能要求,具有很强的通用性。触发器的设置(Chip-set)主要包括输入信号的处理、诊断接口、电压调整及转换、触发线路监测及警示灯开启等。同时,触发器的控制单元还备有控制器区域网CAN接口。

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博世安全气囊触发器AB8E输入传感信号的计算及检验由—只16位微型控制器进行处理,为乘员安全系统实现智能化及系统化奠定了基础。为了实现流畅的充气膨胀,其采用了多级(Multi-stage)气体发生器。另外,当汽车点火起动后,安全气囊触发器将自动进行自我检测,同时还将对其外围系统部件进行检测。

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集成了翻滚传感技术的触发器AB8E最多可以启动2 0个触发线路。

二、侧向安全气囊

侧向碰撞属于第二人类常见碰撞事故(仅次于正面碰撞)。发生侧向碰撞时,侧向安全气囊可以减缓乘员受到的冲击,从而有效地避免受伤或降低其受伤程度。为了保证侧向安全气囊有足够的时间充气膨胀,其相应的触发器根据碰撞类型及猛烈程度判断是否输出启动安全气囊的指令必须在0.005秒之内完成。对于大部分传统车辆而言,这意味着需要增设定向传感器。但是如果系统采用了中央传感技术的触发器,则可以结合安装在横梁或B柱上的外围加速传感器PAS3(Peripheral Acceleration Sensor)进行工作,并且可以通过横向传感器对其系统中PAS3加速传感器输出信号的合理性进行检验,进而提高了系统的安全性。

三、触发器的算法程序

博世最新的触发器算法程序遵循物理学原理,能够计算出在碰撞过程中乘员向前的位移以及由车辆变形而吸收的碰撞能量。该算法程序包含多达12种相对于不[司状况下启动多级前安全气囊、安全带卷缩器及安全带拉力限值的触发临界值。为实现最佳的乘员安全防护,可以根据不同的具体情况选择适当的触发临界值。例如:安全带是否拉紧、乘员的位置及重量、碰撞类型、碰撞的猛烈程度及方向。博世公司开发的触发器算法程序建立在根据不同车型的、多达数万次碰撞试验所总结的数据库基础之上,因而具有广泛的通用性和可靠的安全性。通常,从经济性角度出发,在汽车下线前对触发器算法程序的相关参数进行设定。

四、前向传感器

前向传感器UFS(Upfront Sensors)安装在压破区的非中央部位,提供碰撞初期的加速信号。触发器单元可以根据以上信息计算出碰撞中车辆变形的速度及吸收的碰撞能量。通过这些反映碰撞猛烈程度的信息,系统可以对触发临界值进行有效的控制。系统越早辨识出碰撞的猛烈程度,就越能保证系统及时地作出相应且恰当的响应。对多级安全气囊而言,前向传感器可以进—步提高乘员安全系统的安全性。

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五、碰撞预警传感器

基于雷达技术的碰撞预警传感器(Pre-crash Sensors)安装在车辆的前部(如图2),提供碰撞前障碍物的距离、相对速度和即将碰撞前瞬间的碰撞角度。如同前向传感器UFS一样,此时系统可以对碰撞预警传感器的触发临界值进行调整,以便系统作出最佳的响应。当然,碰撞预警传感器也可以应用于诸如停车助动系统Park-pilot、自适应巡航定速控制系统ACC等系统中。

六、翻滚传感器

据统计,约有20%交通死亡事故是由于车辆翻滚所导致的。鉴于此因,博世公司开发研制了翻滚传感器(Roll-over Sensors),并计划将其集成在于2001年推向市场的中央传感触发器中。系统将由此而需增设一只微型侧滑传感器和几只加速传感器。一旦这些传感器辨识出车辆发生了沿纵轴的转动,系统触发器立即作出适当的响应,通过启动安全带卷缩器、侧向及前安全气囊和防滚杆等相应的约束装置来适应现时状况,从而确保乘员部分或完全免受伤害。

七、乘员状态传感器

为实现触发指令的智能化,必须向系统输入有关乘员状态的信息,如乘员的身材尺寸、重量和占据位置以及是否安装了儿童座椅等信息。借助这些信息,多级安全气囊触发器可以为乘员提供最安全柔顺的缓冲,同时还可以阻止安全气囊不必要的引爆,从而降低了维修成本。

博世公司首先开发了名为“乘员辨识器”的基于多只传感器的传感系统,其安装在座垫内的压敏传感器,可以辨识出乘坐者的体形轮廓。从而系统触发器可以根据相应座椅是否有人、重量如何等信息做到有的放矢、缓急适宜(见图3)。

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八、儿童座椅探测器

儿童座椅探测器(Child Seat Detector)主要功能是探测相应座椅上是否安装了儿童座椅,如果安装了儿童座椅,系统便自动关闭相应座椅的安全气囊。方法一:通过安装在座垫和儿童座椅中的发射器及接受器来探测是否安装了儿童座椅,并可以进一步辨识山儿童座椅的安装方向。方法二:对乘员座椅与儿童座椅的联接(采用国际标准的方式)进行监测、辨识,以确认是否安装了儿童座椅。

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九、来自数据总线的附加信息

为了降低系统的复杂性,博世公司在外围传感器(如安全带锁止开关等)和执行器之间的连接方式采用了数据总线技术。近期,博世公司计划扩展其“乘员安全总线”的功能,进而增加触发单元的信息来源,如车速、制动力执行状况等。另外,这也有利于增加事故发生瞬间的数据信息交流量。综合上述附加信息的乘员安全系统可以自动完成事故发生后中断燃油和电气供应、发出紧急呼叫信号、打开中控门锁和起动其他安全防护系统等操作,具有很高的功能密度和智能化程度。

十、0.01秒的高效触发器

决定触发器触发时刻的重要依据是乘员最大前移距离,即自碰撞发生后到气囊膨胀前,乘员可能发生的最大前移距离,其典型距离数值为12cm。以50km/h速度的正面碰撞为例,其前移距离将在碰撞发生后0.04秒内消耗殆尽,即在碰撞发生后0.04秒内安全气囊必须完成整个充气过程。由于安全气囊单独的充气过程便需要占用0.03秒,所以触发器必须在碰撞发生后0.01秒内触发,即触发器需要在0.01秒内完成碰撞事故的分析判断并输出相应的触发指令。

在碰撞发生后乘员前移阶段触发安全气囊时刻的恰当与否,对乘员安全至关重要。为了达到最佳的安全效果,安全带的辅助作用便显得相当重要,此时必须先于安个气囊触发安全带卷缩器。另外,触发器通过综合分析来自其他传感器的信息,实时监测系统是否发生电磁干扰或传感器故障,从而保证了系统的可靠性和安全性。

博世乘员安全系统具有完善的自检程序。一旦出现故障,系统便立即起动故障警示灯,并将故障代码存入内存,在系统维修时可以通过解码器读出故障码。如果在碰撞过程中电力供应中断,其储备电力将维持系统度过危险期如0.15秒。

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(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:elizabeth)

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